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Interações não recíprocas permitem o design de sistemas moleculares mais eficientes. Em seu novo artigo, cientistas do departamento “Living Matter Physics” do Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization (MPI-DS) propõem um mecanismo sobre como barreiras de energia em sistemas complexos podem ser superadas. Essas descobertas podem ajudar a projetar máquinas moleculares e a entender a auto-organização da matéria ativa.
Tanto na física quanto na biologia, os sistemas visam atingir um estado de energia mínima: quando uma bola rola por uma rampa e sobre uma superfície arenosa irregular, ela eventualmente para em uma cavidade. Sem adicionar mais energia do lado de fora, ela não começará a se mover novamente, mesmo que haja uma inclinação ou cavidade mais profunda por perto para diminuir ainda mais o nível de energia. Na biologia, esse fenômeno também é conhecido pelo dobramento de proteínas. Especialmente em sistemas complexos, as proteínas podem cair em um mínimo de energia local antes de completar sua montagem. Isso dificulta sua função e faz com que fiquem presas em um estado de equilíbrio estático do qual não podem escapar.
Pesquisadores do MPI-DS agora investigaram como interações não recíprocas podem ajudar a superar tais estados. Essas interações ocorrem comumente entre estruturas moleculares e se assemelham a um comportamento predador-presa. Uma molécula pode ser atraída por outra, enquanto que, por sua vez, a outra é repelida pela primeira. Isso leva a uma interação dinâmica que pode causar a formação de estruturas e padrões, conforme relatado antes.
“Descobrimos que interações não recíprocas em matéria ativa podem ajudar a superar barreiras de energia nesses sistemas”, relata Jakob Metson, que é um dos primeiros autores do estudo, junto com Saeed Osat. Em seu artigo, os cientistas propuseram um mecanismo genérico usando interações dinâmicas não recíprocas para neutralizar uma armadilha de equilíbrio estático. Seus insights também podem ajudar a projetar sistemas moleculares mais eficientes. “Em um nível conceitual, nosso mecanismo proposto pode alcançar o que enzimas biológicas podem fazer, depois de terem sido otimizadas ao longo de 3,5 bilhões de anos de evolução”, diz Ramin Golestanian, diretor do departamento “Living Matter Physics” no MPI-DS.
O trabalho do grupo está conectado a um estudo anterior sobre mudança de forma molecular e rearranjo de estruturas. Juntos, os estudos fornecem insights valiosos sobre os princípios de auto-organização da matéria ativa.
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